[发明专利]一种制备具有多级结构碳掺杂氧化锌微球的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料制备技术领域，具体涉及一种制备具有多级结构碳掺杂氧化锌微球的方法。

背景技术

ZnO是一种新型的直接带隙半导体材料，它的禁带宽度为3.2eV，激子束缚能为60meV，有优良的光电特性，可广泛应用于发光二极管、光催化、太阳能电池、气敏传感器、生物传感器等领域，引起了科技工作者的关注。近年来，随着纳米科技的飞速发展，不同形貌的纳米ZnO被人们用多种方法制得，表现出很多独特的物理化学性能。其中具有多级纳米结构的氧化锌微球以其高比表面、单分散等优异的特性而备受关注。

Teng Zhai等在CrystEngComm,2012,14,1850-1855中介绍了一种制备具有多级结构ZnO微球的方法。该方法以醋酸锌作为原料，在60～90%的二甲基亚砜的溶液中通过锌羧酸盐的自发水解形成具有多级结构的ZnO微球。以二甲基亚砜为溶剂成本高，且无法实现ZnO的掺杂改性。

中国发明专利201210466728.4报道了一种简便制备碳掺杂介孔ZnO汉堡结构纳米组装体的方法。该方法以乙二醇为反应溶剂，以过渡金属的无机盐醋酸锌以及过量的碱源为反应前驱物，加入结构导向剂葡萄糖，通过诱导聚合以及孪晶极性场驱动实现了碳掺杂的ZnO纳米颗粒自组装。该方法需要在乙二醇为反应溶剂，通过诱导聚合以及孪晶极性场驱动实现了碳掺杂的ZnO纳米颗粒自组装，条件苛刻，工艺复杂，不利于工业化。

鉴于以上缺陷，实有必要提供一种可以解决以上技术问题的方法以制备具有多级结构的氧化锌微球。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的问题，提供一种制备简单、环保的制备具有多级结构碳掺杂氧化锌微球的方法。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

本发明包括以下步骤

步骤1：将葡萄糖酸锌溶解在水中，得到浓度为0.1～1mol/L的葡萄糖酸锌溶液；

步骤2：将葡萄糖酸锌溶液的pH值调节为7-8；

步骤3：将调节pH值后的葡萄糖酸锌溶液进行超声处理；其中，超声处理的温度为60～80℃，功率为200～600W；

步骤4：将超声处理后的葡萄糖酸锌溶液放入微波水热合成仪中，在160～220℃下进行合成反应，然后自然冷却到室温，得到中间产物；

步骤5：将中间产物进行离心分离，得到固体，再将固体洗涤、烘干得到棕色的氧化锌前驱体；

步骤6：将氧化锌前驱体在空气中于200-400℃下煅烧，然后自然冷却至室温，得到具有多级结构碳掺杂氧化锌微球。

所述步骤2中pH值是采用KOH溶液，NaOH溶液或者氨水进行调节的。

所述步骤3中超声处理的时间为40～60min。

所述步骤3中60～80℃是通过水浴加热实现的。

所述步骤4中合成反应的时间为1～4小时。

所述步骤5中洗涤具体过程为:分别用去离子水、无水乙醇洗涤。

所述步骤6中煅烧的时间为0.5-2小时。

相对于现有技术，本发明具有的有益效果：

本发明以葡萄糖酸锌为原材料，无需添加其他诱导剂或碳源，利用超声和微波辅助水热法合成氧化锌的前驱体，再通过低温煅烧的方法合成的碳掺杂的氧化锌微球。采用超声和微波辅助的水热合成方法，煅烧温度仅需400℃以下，具有反应时间短、反应温度低，操作简单，重复性好等优点，以葡萄糖酸锌为原材料环境友好无污染。本发明制得的氧化锌微球是由纳米氧化锌颗粒自组装的氧化锌微球，氧化锌颗粒的直径为30-50nm，氧化锌微球的直径为1-10μm。另外，本发明制得的碳掺杂氧化锌微球具有疏松多孔结构，比表面积高、碳掺杂量可控性好、具有优异的可见光响应能力，在可见光光催化、太阳能利用领域具有应用前景。

附图说明

图1是由本发明制备的多级结构碳掺杂氧化锌微球的X-射线衍射（XRD）图谱；

图2是由本发明制备的多级结构碳掺杂氧化锌微球的X-射线光电子能谱（XPS）图；

图3是本发明制备的多级结构碳掺杂氧化锌微球的扫描电镜（SEM）照片。其中（a）是碳掺杂氧化锌10,000倍的形貌；（b）是碳掺杂氧化锌40,000倍的形貌；（c）是碳掺杂氧化锌200,000倍的形貌；

具体实施方式

实施例1

步骤1：将葡萄糖酸锌溶解在水中，得到浓度为1.0mol/L的葡萄糖酸锌溶液；

步骤2：采用1mol/L NaOH溶液将葡萄糖酸锌溶液的pH值调节为7.0；